CN115745243A - 以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法，先调节古龙酸母液pH值到6‑8，然后加入混凝剂进行沉淀，再向滤液中顺序添加木瓜蛋白酶、纤维素酶和活性炭分别进行水解、发酵和除去部分色素，过滤后得到生物碳源复配液，将生物碳源复配液、糖、粗甘油和水混匀即得复合碳源，本发明实现了以工业副产物古龙酸母液为原料制作复合碳源，复合碳源的有机物生物利用率高达95％以上，有效提高了反硝化速率，且有效降低了原料成本，创造经济价值的同时利于生态环境的保护。
Description
技术领域
本发明涉一种废水处理技术领域，特别是指一种以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法。
背景技术
反硝化脱氮是反硝化菌利用有机物(碳源)将硝态氮及亚硝态氮转化为氮气的过程。碳源不足是反硝化脱氮不彻底的主要限制因素之一，采用外加碳源是解决这一问题的有效方法。目前，常用的碳源有甲醇、乙醇、乙酸、三水乙酸钠及葡萄糖等。甲醇、乙醇碳氢占比较高，反应活性较大，但属于危险品，存在安全问题；乙酸反硝化速率快，脱氮率高，但需额外配置加碱调节pH装置，繁琐且综合成本较高；三水合乙酸钠危险性小，响应速度快，但碳氢占比低，运输成本高，折算后脱氮成本也较高且易结晶堵塞管道；葡萄糖安全性好，价格适中，但碳氮比高，折算后脱氮成本依然很高且污泥产率高。此外长期采用单一碳源不利于反硝化细菌群落结构多样性。
基于单一碳源存在一系列的问题，复合碳源应运而生。
专利CN111018137A公开了一种高效复合碳源药剂及其制备方法，通过将4.5-5.5％乙酸钠、40-50％糖类、1-3％甲醇与水按一定的顺序及温度下完成混合得到复合碳源，虽解决了安全性，但糖类比例过高使脱氮成本高，同时易造成污泥膨胀，缺乏微量元素及生物因子会影响微生物的生长及代谢。
专利CN1123400858A公开了一种低碳氮比废水脱氮处理的高效复合碳源及其制备方法，通过将葡萄糖、糖蜜、柠檬酸钠、丙三醇、甲酸钠、乙酸钠复配之后加入微量元素及生物因子，此配方安全且考虑到添加微生物营养元素利于提高微生物脱氮效率，但利用工业产品做原料成本仍然较高，加入的微量元素及生物因子进一步提高了成本，配置时将葡萄糖、柠檬酸钠、甲酸钠及乙酸钠四种固体依次溶解，操作繁琐。
工业副产物由于有效含量及纯度问题，部分很难再利用，价格也远低于工业产品，甚至废弃并需要投入资金进行处理。“二步发酵法”生产维生素C过程中会产生大量的古龙酸母液。古龙酸母液是二步发酵液经过微滤、过柱、纳滤、蒸发浓缩、结晶、离心等工艺分离出古龙酸晶体后剩余的残液。古龙酸母液含有大量的易于被微生物利用的物质，如甲酸、乙酸、草酸、乙醇、古龙酸等，也含有较多杂质，例如蛋白质、聚合糖类、胶体、核酸及色素等，此外由于含有大量的盐酸使得古龙酸母液直接作为生物碳源很难被有效利用。
综上，副产物古龙酸母液经过处理后作为一种碳源原料对降低碳源成本、实现变废为宝及生态环境保护具有重要的指导意义和实际应用前景。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供一种以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法，以副产古龙酸母液为基底制备复合碳源原料成本低，能够促进反硝化细菌群落结构多样性，提高了反硝化效率。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案：一种以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法，包括以下步骤：
步骤一：古龙酸母液预处理：
(1)调节古龙酸母液pH值到6-8；
(2)向古龙酸母液中加入混凝剂进行混凝沉淀；
(3)对步骤(2)中古龙酸母液进行过滤，去除胶体及杂质颗粒；
(4)向步骤(3)的滤液中添加占古龙酸母液质量百分比为1-3％的木瓜蛋白酶进行水解4-7h，古龙酸母液中蛋白质在木瓜蛋白酶条件下分解为肽及氨基酸，可以为微生物生长提供营养物质；
(5)向步骤(4)所得的混合液中加入占古龙酸母液质量百分比为2-5％的纤维素酶，发酵8-12h，将古龙酸母液中聚合糖类分解为单糖及二糖，单糖及二糖为小分子结构，易于微生物利用；
(6)向发酵后的混合液中加入占古龙酸母液质量百分比为0.2-0.4％的活性炭并搅拌均匀，除去部分色素，过滤后得到生物碳源复配液；
步骤二：复合碳源的复配：
将45-50重量份的生物碳源复配液与3-5重量份的糖、5-7重量份的粗甘油和余量的水混合搅拌均匀即得复合碳源，所述生物碳源复配液、糖、粗甘油和水的总量为100重量份。
作为本发明的进一步改进，所述步骤一中使用碳酸钠调节混合液pH。除了采用碳酸钠外还可以采用氢氧化钠、碳酸氢钠等对古龙酸母液进行pH调整。
作为本发明的进一步改进，所述混凝剂为聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)。聚合氯化铝与聚丙烯酰胺配合使用进行混凝沉淀，混凝效果好，添加过程中边添加边搅拌观察沉淀情况。
作为本发明的进一步改进，步骤(4)中滤液与木瓜蛋白酶混合后，在32～35℃条件下进行水解。
作为本发明的进一步改进，步骤(5)中混合液在室温条件下边搅拌边发酵8-12h。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(6)中加入粉末活性炭，搅拌40-90min。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(6)中加入活性炭搅拌均匀后采用离心分离的方式进行过滤。
本发明的有益效果是：本发明将古龙酸母液进行除杂并将其内的大分子断链为小分子形成生物碳源，其与糖和粗甘油混合形成复合碳源，古龙酸母液和粗甘油作为碳源的原料成本低，经发酵而来的古龙酸母液含有充足的微量元素及生物因子，无需额外补加，进一步降低了原料成本，副产古龙酸母液预处理后形成的小分子酸、糖及醇搭配能够有效促进反硝化细菌群落结构多样性，通过预处理古龙酸母液得到的复合碳源有机物生物利用率高达95％以上，反硝化速率快，本发明利用了工业副产物生产复合碳源，有效降低碳源成本，将废物重新利用，变废为宝，创造经济价值的同时利于生态环境的保护，具有超高的实际应用前景。
附图说明
图1为具体实施例2中进出水的总氮数据图；
图2为具体实施例3中进出水的总氮数据图；
图3为具体实施例4中进出水的总氮数据图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行进一步阐述，但本发明不仅仅局限于以下的实施例。
实施例1：一种以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法，具体步骤如下：
一、现在对古龙酸母液进行预处理：
(1)用碳酸钠调节100重量份的古龙酸母液pH至6.5；
(2)加入PAC和PAM混凝沉淀；
(3)过滤去除沉淀物；
(4)向滤液中加入2重量份的木瓜蛋白酶，在33℃温度下水解6小时；
(5)加入3重量份的纤维素酶，室温条件下搅拌发酵8.5h；
(6)加入0.2重量份的粉末活性炭搅拌45min后进行离心分离，所得滤液即为生物碳源复配液。
二、复合碳源的复配：
将47重量份的生物碳源复配液与4重量份的糖、6重量份的粗甘油和43重量份的水搅拌混合即得复合碳源。
取某现场反硝化进水与生化段污泥，经检测原水总氮319mg/L、COD76 mg/L。以甲醇、乙酸、葡萄糖及本专利复合碳源为4种外加碳源分别进行反硝化试验，每种碳源加入的化学需氧量一致，其中甲醇、乙酸及葡萄糖作为对比组，实验条件除外加碳源不同外，其他均一致，以出水总氮及碳氮比作为碳源评价依据。实验结果见表1：
表1
上述实验结果显示本专申请的复合碳源脱氮速率优于乙酸且远远高于甲醇及葡萄糖，相对于单一碳源，具有菌群适应性快，脱氮速率快及效果佳的优点。此外，本申请的复合碳源的碳氮比略高于甲醇与乙酸并远远低于葡萄糖，作为副产其价格远远低于甲醇、乙酸及葡萄糖，具有明显的脱氮成本优势。
实施例2：一种以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法，具体步骤如下：
一、现在对古龙酸母液进行预处理：
(1)用碳酸钠调节100重量份的古龙酸母液pH至7；
(2)加入PAC和PAM混凝沉淀；
(3)过滤去除沉淀物；
(4)向滤液中加入3重量份的木瓜蛋白酶，在35℃温度下水解5.5小时；
(5)加入4重量份的纤维素酶，室温条件下搅拌发酵10h；
(6)加入0.2重量份的粉末活性炭搅拌60min后进行离心分离，所得滤液即为生物碳源复配液。
二、复合碳源的复配：
将50重量份的生物碳源复配液与3重量份的糖、6重量份的粗甘油和41重量份的水搅拌混合即得复合碳源。
山西某现场反硝化进水总氮浓度200～500mg/L波动，总氮排放要求为小于20mg/L。以上述复合碳源为外加碳源进行反硝化脱氮，取稳定后25d出水总氮数据(见图1)，出水总氮约10-15mg/L，满足排放标准。
上述实验结果显示本申请的复合碳源运用于工业废水中工艺出水总氮稳定，驯养出的菌群抗水质波动性强。
实施例3：一种以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法，具体步骤如下：
一、现在对古龙酸母液进行预处理：
(1)用碳酸钠调节100重量份的古龙酸母液pH至8；
(2)加入PAC和PAM混凝沉淀；
(3)过滤去除沉淀物；
(4)向滤液中加入2重量份的木瓜蛋白酶，在34℃温度下水解6.5小时；
(5)加入5重量份的纤维素酶，室温条件下搅拌发酵9.5h；
(6)加入0.3重量份的粉末活性炭搅拌70min后进行离心分离，所得滤液即为生物碳源复配液。
二、复合碳源的复配：
将45重量份的生物碳源复配液与4重量份的糖、7重量份的粗甘油和44重量份的水搅拌混合即得复合碳源。
广东某现场反硝化进水总氮浓度600～1000mg/L波动，总氮排放要求为小于70mg/L。以上述复合碳源为外加碳源进行反硝化脱氮，取调试稳定后25d出水总氮数据(见图2)，出水总氮约26-35mg/L，满足排放标准。
现场调试数据结果显示本申请的复合碳源作为工业废水的外加碳源较优，且因本发明的复合碳源自身含有生物因子，无需添加其他微量元素，大大降低了脱氮耗材成本。
实施例4：一种以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法，具体步骤如下：
一、现在对古龙酸母液进行预处理：
(1)用碳酸钠调节100重量份的古龙酸母液pH至7.5；
(2)加入PAC和PAM混凝沉淀；
(3)过滤去除沉淀物；
(4)向滤液中加入2重量份的木瓜蛋白酶，在32℃温度下水解7小时；
(5)加入3重量份的纤维素酶，室温条件下搅拌发酵11h；
(6)加入0.4重量份的粉末活性炭搅拌80min后进行离心分离，所得滤液即为生物碳源复配液。
二、复合碳源的复配：
将48重量份的生物碳源复配液与5重量份的糖、5重量份的粗甘油和42重量份的水搅拌混合即得复合碳源。
江苏某现场废水为电镀工业废水，进水总氮浓度400～700mg/L，总氮排放要求为小于35mg/L。以上述复合碳源为外加碳源进行反硝化脱氮，取调试稳定后25d出水总氮数据(见图3)，出水总氮约40mg/L左右，满足排放标准。
现场调试数据结果显示本申请的复合碳源作为工业废水的外加碳源较优，工艺稳定。
Claims (7)
1.一种以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：古龙酸母液预处理：
(1)调节古龙酸母液pH值到6-8；
(2)向古龙酸母液中加入混凝剂进行混凝沉淀；
(3)对步骤(2)中古龙酸母液进行过滤，去除胶体及杂质颗粒；
(4)向步骤(3)的滤液中添加占古龙酸母液质量百分比为1-3％的木瓜蛋白酶进行水解4-7h，古龙酸母液中蛋白质在木瓜蛋白酶条件下分解为肽及氨基酸；
(5)向步骤(4)所得的混合液中加入占古龙酸母液质量百分比为2-5％的纤维素酶，发酵8-12h，将古龙酸母液中聚合糖类分解为单糖及二糖；
(6)向发酵后的混合液中加入占古龙酸母液质量百分比为0.2-0.4％的活性炭并搅拌均匀，除去部分色素，过滤后得到生物碳源复配液；
步骤二：复合碳源的复配：
将45-50重量份的生物碳源复配液与3-5重量份的糖、5-7重量份的粗甘油和余量的水混合搅拌均匀即得复合碳源，所述生物碳源复配液、糖、粗甘油和水的总量为100重量份。
2.根据权利要求1所述的以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法，其特征在于：所述步骤一中使用碳酸钠调节混合液pH。
3.根据权利要求1所述的以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法，其特征在于：所述混凝剂为聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)。
4.根据权利要求1所述的以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法，其特征在于：步骤(4)中滤液与木瓜蛋白酶混合后，在32～35℃条件下进行水解。
5.根据权利要求1所述的以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法，其特征在于：步骤(5)中混合液在室温条件下边搅拌边发酵8-12h。
6.根据权利要求1所述的以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法，其特征在于：所述步骤(6)中加入粉末活性炭，搅拌40-90min。
7.根据权利要求1或6所述的以副产古龙酸母液为基底生产复合碳源的方法，其特征在于：所述步骤(6)中加入活性炭搅拌均匀后采用离心分离的方式进行过滤。
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